CN2405037Y - 抽油机自控节能仪 - Google Patents

Abstract

一种抽油机自控节能仪,包括互感器,其经信号变送、模拟开关经A/D转换,通过数据总线与单片机相接,模拟开关的输入端还接有与电机相接的漏电检测;定时延时控制输入和功率整定输入的输出端也通过数据总线与单片机相接;单片机的输出端接有报警显示和与电磁开关相接的微控执行;电机的三相入线端接有无功补偿。本实用新型可避免抽油机空抽,损耗低,对电机具有综合保护功能,可提高功率因数。

Description

抽油机自控节能仪

本实用新型涉及一种抽油机自控节能仪。

在我国石油生产中绝大多数使用不同规格的抽油机，对井下原油进行无间断抽取。目前大部分油井已处于乏油低产阶段，甚至有的新井一开始就产量不高，但只要供电系统不停电，所有抽油机将无休止运转。由于产量所限，每日24小时抽油机空抽时间累计占50％以上，不仅浪费了电能，也造成了机械的额外损耗。由于野外环境恶劣，电机不便采取切实可行的保护措施，电机极易被烧毁。由于对无功功率无补偿措施，无功损耗大，功率因数达不到规定要求。抽油机在工作过程中，电动机承受周期性变化负荷，运行于轻载或变动负载下。电动机的平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3-0.4。另外，抽油电动机起动负荷较大，而运行负荷小，稠油井和结盐结构井起动转矩则更大。因此，抽油电动机长期处于低负荷低功率因数状态下运行。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种可对抽油机进行自动控制，避免空抽，损耗低，对电机具有综合保护功能，可提高功率因数的抽油机自控节能仪。

本实用新型的设计方案如下：

一种抽油机自控节能仪，包括互感器7，其输出端经信号变送6接模拟开关5的输入端，该模拟开关5的输出端经A/D转换4，通过数据总线与单片机3相接，其特殊之处在于：所述模拟开关5的输入端还接有与电机13相接的漏电检测11；定时延时控制输入9和功率整定输入10的输出端也通过数据总线与单片机3相接；所述单片机3的输出端接有报警显示8和微控执行1，所述微控执行1与接于三相交流电源线上的电磁开关2相接；所述电机13的三相入线端接有无功补偿12；所述单片机3由单片机CPU构成；电机13由电机MD构成，所述定时延时控制输入9包括拨码盘BM1及接于其输出端的缓冲器U1，所述缓冲器U1通过数据总线DBUS与单片机CPU相接；所述功率整定输入10包括拨码盘BM2及接于其输出端的缓冲器U2，所述缓冲器U2通过数据总线DBUS与单片机CPU相接；所述模拟开关5和A/D转换4分别由模拟开关CD和A/D转换AD构成；所述互感器7由设置于主回路三根火线上的互感器HA、HB、HC构成；所述微控执行1包括光电隔离器U3，其输出经三极管T接继电器J；所述电磁开关2包括交流接触器JC，其回路中串接有继电器J的触点JK，所述交流接触器JC的常开触点JC-1、JC-2、JC-3分别接于三相交流电源线A、B、C上，所述无功补偿12由分别并接于电机MD绕组回路中的移相电容CYX1～3构成。

上述信号变送6可包括分别接于互感器HA、HB、HC输出端的整流滤波电路，该整流滤波电路包括桥式整流QZL，桥式整流QZL的输出经由相并接的电容C1、C2及接于两者一端间的电阻RF、接于电容C1两端的电阻RW构成的滤波器后，经隔离电阻RY接入阻抗变换，所述阻抗变换由与互感器HA、HB、HC相应的运放GS1～3构成，运放GS1～3的输出分别接模拟开关CD的三个通道。

上述漏电检测11可包括输出端与模拟开关CD通道相接的运放BS，运放BS的输入端经相串接的二极管D1～D3及交流接触器JC的常闭触点JC-4与三相交流电源相接。

上述报警显示8可包括发光二极管D4～D9，其分别经三极管T1～T6接于单片机CPU的输出口。

附图图面说明如下：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

参见图1，本实用新型采用单片机3对外界信息进行收集采样处理，然后生成控制信号，通过微控执行1控制电磁开关2，使电机13进行有序化启动和停止。当前运行状态及故障保护时的故障性质通过报警显示8显示。电机13的延时启动时间设定及间歇工作时间设定均通过定时延时控制输入9输入，负载功率整定通过功率整定输入10输入。工作参量一经设置，整个装置便依据已设参量准确运行工作。“启动”、“停止”、“时间方式选择”等指令，均以开关量方式输入。电机13发生短路、断相、过载等故障时，互感器7将故障信息送入信号变送6，经模拟开关5、A/D转换4送入单片机3，由单片机3发出断电停机命令，通过微控执行1，使电磁开关2释放，切断电机13电源。同时，单片机3通过报警显示8发出相应报警信号。本实用新型对于过载故障采取反时限保护，即过载程度与保护动作时间成反比例关系。漏电检测是在电机启动前进行的。通过漏电检测11将信号经模拟开关5、A/D转换4送入单片机3。如果漏电，单片机3发出闭锁命令，使电机13不得启动。无功补偿12加装于电磁开关2的交流接触器出线端，与电机13同步得电。

参见图2，定时延时控制输入9的拨码盘BM1是数字式“10翻2”机械码盘。设置后的数码经P2.5脚，线选通缓冲器U1，即74HC245，送上数据总线DBUS，供单片机CPU读取。拨码盘BM1共两位数，最大值为“99”，左边一位作为延时启动设定，单片机CPU读取后作乘10处理，定义为秒延时，因此延时最大值为90秒；右边一位作为间歇工作定时选择档，共0-9十档，两组定时时间，即“时间方式I”；“时间方式II”。由时间方式选择开关K1确定时间方式，由单片机CPU测试P1.4脚进行判断。该两组定时时间决定了抽油机的间歇工作时间，单片机CPU读取上述数据并存入内存作为定时依据。电机MD启动后，组成互感器7的互感器HA、HB、HC中流过电流IA、IB、IC。这些电流与主控电路电机MD的电流成正比关系。以HA为例：经桥式整流QZL和电阻RF、RW分压得到与主控电路电机MD电流相对应的电压信号，经电阻RY至运放GS1作为负载电流的采样值。单片机CPU经P2.0、P2.1、P2.2脚选通模拟开关CD即CD4051的三个通道1X、2X、3X，分时采样电压VA、VB、VC，并经A/D转换AD，即ADC0804进行A/D转换，其数字量送上数据总线DBUS，由单片机CPU读取加工处理。功率整定输入10的拨码盘BM2，其整定值是根据电机MD额定电流值确定设置，经P2.6脚选通缓冲器U2即74HC245，送上DBUS，单片机CPU读取后与采样值作除运运算确定其过载、短路、缺相等故障特征，判断是否采取停机保护。需停机时，会使P3.2脚升为高电平，其经微控执行1的光电隔离器U3、即4N35使三极管T截止，继电器J失电，停止运行，继电器J的触点JK断开，接触器JC失电，其触点JC-1、JC-2、JC-3变常开。保护电机MD完成。

漏电检测11是通过导线与电机MD绕组相接，经交流接触器JC常闭触点JC-4与电源隔离后通过保护二极管D1、D2、D3引入运放BS与电压VL比较后判断是否漏电，如漏电，电压VD＜VL，则电压VH呈高电平，否则呈低电平，通过模拟开关CD，即CD4051的OX通道经A/D转换AD、单片机CPU读取数字量后执行漏电闭锁程序，将P3.2固定于高电平，电机MD不得起动。报警显示8由单片机CPU的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P3.4、P3.5口分别输出低电平，分别驱动晶体管T1-T6，点亮发光二极管D4-D9，指示不同性质的故障。D4-D9分别采用9012。为使在电机负载条件下减小电压与电流之间的相位差，无功补偿12，在电机MD绕组回路并入相应容量的移相电容CYX1、CYX2、CYX3，以抵消感抗作用，有效发挥有功功率，从而使功率因数COSφ得到提高。单片机CPU的INT1端接“停止”开关K2，复位端RESET接“复位”开关K3。V_CC为本实用新型电路电源。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

采用单片机技术，具有调整灵活，控制准确，主电路电流无谐波，对电网无污染、无射频辐射干扰等优点，有显著的节能及保护效果。其主功能有①自控间歇，与不间断间歇抽油方式；②电机综合保护；③跟随负荷电压自适应调节；④抽油电动机就地无功补偿；⑤可调延时起动等。

Claims (4)

1、一种抽油机自控节能仪，包括互感器(7)，其输出端经信号变送(6)接模拟开关(5)的输入端，该模拟开关(5)的输出端经A/D转换(4)，通过数据总线与单片机(3)相接，其特征在于：所述模拟开关(5)的输入端还接有与电机(13)相接的漏电检测(11)；定时延时控制输入(9)和功率整定输入(10)的输出端也通过数据总线与单片机(3)相接；所述单片机(3)的输出端接有报警显示(8)和微控执行(1)，所述微控执行(1)与接于三相交流电源线上的电磁开关(2)相接；所述电机(13)的三相入线端接有无功补偿(12)；所述单片机(3)由单片机CPU构成；电机(13)由电机MD构成，所述定时延时控制输入(9)包括拨码盘BM1及接于其输出端的缓冲器U1，所述缓冲器U1通过数据总线DBUS与单片机CPU相接；所述功率整定输入(10)包括拨码盘BM2及接于其输出端的缓冲器U2，所述缓冲器U2通过数据总线DBUS与单片机CPU相接；所述模拟开关(5)和A/D转换(4)分别由模拟开关CD和A/D转换AD构成；所述互感器(7)由设置于主回路三根火线上的互感器HA、HB、HC构成；所述微控执行(1)包括光电隔离器U3，其输出经三极管T接继电器J；所述电磁开关(2)包括交流接触器JC，其回路中串接有继电器J的触点JK，所述交流接触器JC的常开触点JC-1、JC-2、JC-3分别接于三相交流电源线A、B、C上，所述无功补偿(12)由分别并接于电机MD绕组回路中的移相电容CYX1～3构成。

2、如权利要求1所述的抽油机自控节能仪，其特征在于：所述信号变送(6)包括分别接于互感器HA、HB、HC输出端的整流滤波电路，该整流滤波电路包括桥式整流QZL，桥式整流QZL的输出经由相并接的电容C1、C2及接于两者一端间的电阻RF、接于电容C1两端的电阻RW构成的滤波器后，经隔离电阻RY接入阻抗变换，所述阻抗变换由与互感器HA、HB、HC相应的运放GS1～3构成，运放GS1～3的输出分别接模拟开关CD的三个通道。

3、如权利要求1或2所述的抽油机自控节能仪，其特征在于：所述漏电检测(11)包括输出端与模拟开关CD通道相接的运放BS，运放BS的输入端经相串接的二极管D1～D3及交流接触器JC的常闭触点JC-4与三相交流电源相接。

4、如权利要求3所述的抽油机自控节能仪，其特征在于：所述报警显示(8)包括发光二极管D4～D9，其分别经三极管T1～T6接于单片机CPU的输出口。

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